2. Расчет процесса горения

Определим низшую теплоту сгорания топлива (в кДж/м³) по формуле:

Q_р^н = 360,33∙СН₄+ 590,4∙С₂Н₄ + 631,8∙С₂Н₆ + 868,8∙С₃Н₆ + 913,8∙С₃Н₈ + 1092,81∙изо-С₄Н₁₀ + 1195∙н-С₄Н₁₀ + 1146∙С₄Н₈ + 1460,22∙С₅Н₁₂ + 251,2∙Н₂

где СН₄, С₂Н₄ и т.д. – содержание соответствующих компонентов в топливе, %об.

Получим:

Q_р^н =360,33*99+631,8*0,2+913,8*0,1+1195*0,2 = 36129,41 кДж/м³

Или

Q_р^н кДж/кг – массовая теплота сгорания.

Пересчитаем состав топлива в массовые проценты и результаты сведем в таблицу 3.

Таблица 3

Компо­ненты	Молекуляр­ная масса Мi	Мольная (объемная) доля, ri	Mi∙ri	%мас gi
CH4	16	0,99	18,840	97,68
C2H6	30	0,002	0,060	0,37
C3H8	44	0,001	0,044	0,27
н-C4H10	58	0,002	0,226	0,72
CO2	44	0,001	0,044	0,27
N2	28	0,004	0,112	0,69
Cумма	-	1,000	16,216	100,00

Определим элементарный состав топлива в массовых процентах. Со­держание углерода в любом i-м компоненте топлива находим по соотноше­нию:

С_i = ,

где n_i – число атомов углерода в данном компоненте топлива.

Содержание углерода:

Содержание водорода:

где - число атомов водорода в данном компоненте.

Содержание кислорода:

O =

где P – число атомов кислорода в молекуле CO₂.

Содержание азота:

N =

Проверка:

С + H + O + N = 74

44+24,67+0,2+0,69 = 100,00 масс. %

Определим теоретическое количество воздуха, необходимого для сжи­гания 1 кг газа, по формуле:

L₀ =

Для печей с излучающими стенками коэффициент избытка воздуха α=1,03÷1,07. Принимаем α=1,07. Тогда действительное количество воздуха:

L_Д=α L₀ = 1,07∙17,21=18,42 кг/кг

или

м³/кг

где ρ_в=1,293 кг/м³ – плотность воздуха при нормальных условиях (273 К и 0,1∙10⁶ Па).

Определим количество продуктов сгорания, образующихся при сжига­нии 1 кг топлива:

кг/кг

кг/кг

=0,23L₀(α – 1) = 0,23∙17,21∙(1,07-1) = 0,28 кг/кг

= 0,77 L₀ α+0,01N = 0,77∙17,21∙1,07 + 0,01∙0,69 = 14,19 кг/кг

Суммарное количество продуктов сгорания:

Σ m_i = 2,73+2,22+0,28+14,19=19,42 кг/кг

Проверка:

Σ m_i = 1+ αL₀ = 1+1,07∙17,21=19,418 кг/кг

Содержанием влаги в воздухе пренебрегаем.

Найдем объемное количество продуктов сгорания (в м³) на 1 кг топлива (при нормальных условиях):

м³/кг

м³/кг

м³/кг

м³/кг

Суммарный объем продуктов сгорания:

Σ V_i = 1,39+2,76+0,19+11,35=15,70 м³/кг

Плотность продуктов сгорания при 273 К и 0,1∙10⁶ Па:

ρ₀ = =³

Определим энтальпию продуктов сгорания на 1кг топлива при различ­ных температурах по уравнению:

q_T = (T – 273)( )

где Т – температура продуктов сгорания, К;

теплоемкости продуктов сгорания, определяемые из таблицы 4:

Таблица 4. Средние массовые теплоемкости газов при постоянном давлении

Компонент	300 К	500 К	700 К	1100 К	1500 К	1900 К
СО2	2,264	2,515	2,706	2,979	3,159	3,284
H2О	4,136	4,219	4,342	4,628	4,927	5,199
O2	0,254	0,26	0,268	0,288	0,298	0,299
N2	14,626	14,703	14,898	15,446	16,004	16,432

Найдем для примера величину q₅₀₀:

q₅₀₀ = (500 – 273)(2,73∙2,515 + 2,22∙4,219 + 0,28∙0,260 + 14,19∙14,703) = 4925,29 кДж/кг

Результаты расчетов занесены в таблицу 5.

Таблица 5

T, K	300	500	700	1100	1500	1900
qT, кДж/кг	574,57	4925,29	9485,84	19298,01	29917,16	41023,04

По данным таблицы строим график q – T

Рис.2. Энтальпия продуктов сгорания – температура.